Lichtbogenfügen CMT-Schweißen von Stahl mit Aluminium bietet Leichtbau neue Möglichkeiten

Autor / Redakteur: Gerd Trommer und Jürgen Bruckner / Stefanie Michel

Im Leichtbau sollen hochbeanspruchte Konstruktionspartien aus festem Stahl, weniger beanspruchte aus leichtem Aluminium gewählt werden. Für das Fügen solcher Werkstoffkombinationen schied jedoch bisher das technisch wie wirtschaftlich sinnvolle Lichtbogenfügen aus. Jetzt konnte dies möglich gemacht werden.

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Umformbare Platinen aus Stahl und Aluminium für den Leichtbau mit dem CMT-Verfahren fügen. (Bild: Fronius)
Umformbare Platinen aus Stahl und Aluminium für den Leichtbau mit dem CMT-Verfahren fügen. (Bild: Fronius)

Leichtbau spielt besonders bei Personenkraftwagen (PKW) eine große Rolle, denn Gewichtseinsparungen sind gefordert, um den Kraftstoffverbrauch und die Emissionen zu senken: Mit 100 kg weniger Gewicht kann der Benzinverbrauch um bis zu 0,3 l/100 km und die CO2-Emissionen um 700 g reduziert werden. Laut EG-Verordnung gilt ab 2012 ein Grenzwert von 130 g/km CO2 – der Istwert liegt in Deutschland jedoch darüber, sodass das Thema eine hohe Brisanz gewinnt (Bild 1). Deutliche Gewichtsreduzierungen bleiben ein wichtiges Ziel des modernen Karosseriebaus.

Für die Produktion hoher PKW-Stückzahlen bei gleichzeitig steigender Variantenvielfalt sind technisch wie wirtschaftlich gut beherrschbare Verfahren nötig, die eine reproduzierbare Qualität liefern. Damit kommt der Fügetechnik speziell beim Fügen von Stahl mit Aluminium eine Schlüsselrolle zu. Ziel eines gemeinsamen Projektes von Fronius und Voestalpine war das Entwickeln eines Halbzeuges in Form einer umformfähigen Platine aus Stahl und Aluminium (Bild 2). Ein thermisches Fügeverfahren soll die beiden Metalle verbinden

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Voraussetzungen für Fügen von Stahl und Aluminium definieren

Wegen sehr divergierender Schmelzpunkte von über 1500 beziehungsweise etwa 660 °C sowie des Entstehens intermetallischer Phasen (IMP) galten Stahl und Aluminium lange als thermisch nicht dauerhaft fügbar. Weitere Herausforderungen stellen die unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten dar: für Stahl etwa 1,2 mm/100 °C und für Aluminium 2,34 mm/100 °C. Hinzu kommt die sprunghafte Änderung des elektrochemischen Potenzials bei Stahl-Aluminium von etwa 1,22 V und Zink-Aluminium von rund 0,9 V.

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